La densidad energética es la cantidad de energía que puede almacenarse en un sistema, sustancia o región de espacio.[2][3] La densidad energética puede medirse en energía por volumen o por masa. Cuanto mayor sea la densidad de energía de un sistema o material, mayor será la cantidad de energía que tiene almacenada.[4]
Un material puede liberar energía en cuatro tipos de reacciones. Estas reacciones son la nuclear, la química, la electroquímica y la eléctrica.[5] Cuando se calcula la cantidad de energía de un sistema, a menudo sólo se mide la energía útil o extraíble. En las ecuaciones científicas, la densidad de energía se suele denotar por U.[6]
La densidad de energía suele expresarse de dos maneras, aunque la primera es la más habitual:
Tener una alta densidad de energía no da información sobre la rapidez con la que se puede utilizar esta energía. Este conocimiento está contenido en la densidad de potencia de una sustancia, que describe la rata (energía por unidad de tiempo) a la que se puede emitir su energía. Normalmente, una densidad de energía alta va acompañada de una densidad de potencia baja. Visite densidad de energía vs densidad de potencia para obtener más información y ejemplos.
Hay muchos materiales diferentes que pueden almacenar energía, desde los alimentos hasta el diesel o el uranio. Estos materiales se conocen colectivamente como combustibles, y todos ellos se utilizan como fuentes de energía para diversos sistemas. Cuando los combustibles provienen directamente de la naturaleza (como el petróleo crudo) son combustibles primarios; cuando los combustibles tienen que ser modificados para poder ser utilizados (como la gasolina) se denominan combustibles secundarios. La siguiente tabla muestra la densidad energética de una serie de combustibles comunes.
Para una representación visual de estos valores, la fig. 1 y el gráfico de la derecha muestran comparaciones de las densidades energéticas de diferentes combustibles.
Tipo de Combustible | Tipo de Reacción | Densidad Energética (MJ/kg) |
Usos Típicos |
---|---|---|---|
Madera | Químico | 16 | Calefacción, Cocina |
Carbón | Químico | 24 | Centrales eléctricas, Generación de electricidad |
Etanol | Químico | 26.8 | Mezcla de gasolina, Alcohol, Productos químicos |
Biodiésel | Químico | 38 [8] | Motor de automoción |
Petróleo crudo | Químico | 44 | Refinería, Productos petróleos |
Diesel | Químico | 45 | Motores diesel |
Gasolina | Químico | 46 | Motores de gasolina |
Gas natural | Químico | 55 | Calefacción domestica, Generación de electricidad |
Uranio-235 | Nuclear | 3 900 000 | Reactor nuclear Generación de electricidad |
Las fuentes de energía no ceden su energía de la misma manera, pero suponiendo que pudieran, ¿hasta dónde movería un vehículo cada una de ellas? Para averiguarlo, se puede utilizar el carbón como línea de base, si la cantidad de energía en una determinada masa de carbón es igual a 10 metros, la longitud de un autobús escolar. Esto hace que la energía disponible en esa misma masa de uranio sea igual a la distancia entre Vancouver (Columbia Británica) y Saskatoon (Saskatchewan) (Fig. 2). A continuación se muestra una lista de otros combustibles comparados con el carbón para calcular la energía por distancia para comparar otros combustibles con el carbón.
Para empezar con otro conjunto de cifras, un kilo de petróleo crudo permite a un coche recorrer unos 20 km. Los productos petrolíferos, como la gasolina, se utilizan porque son densos en energía. Un kilogramo de combustible nuclear, como el 235Uranio, permitiría a un coche recorrer 1.77 millones de kilómetros. ¿Qué distancia es esa? Es un viaje de ida y vuelta de la Tierra a la Luna. Dos veces.[10] Los combustibles nucleares son increíblemente densos en energía.
Ethan Boechler, Jonathan Elbaz, Alba Fano-trabanco, Jordan Hanania, Braden Heffernan, James Jenden, Ryan Leeson, Tamsin Mah, Jasper Martin, Kailyn Stenhouse, Luisa Vargas Suarez, Dayna Wiebe, Jason Donev
Última actualización: 9 noviembre, 2021
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